钢箱梁的声振特性及影响因素研究

为分析钢箱梁的声振特性,联合锤击试验和统计能量分析（SEA）方法从统计能量分析参数和声振响应两方面进行研究。首先,以某钢箱梁节段[10.1 m（长）×4.8 m（宽）×3.1 m（高）]为对象,通过锤击激励获得顶板和底板不同位置的加速度频响函数。然后,建立SEA模型预测钢箱梁的振动声辐射,考察了各板件在100~5 000 Hz频段的模态数,并将加速度频响函数的仿真结果与实测值进行对比。最后,通过数值仿真分析,探讨了结构设计参数（加劲肋和横隔板）对统计能量分析参数和钢箱梁声振响应的影响规律。研究结果表明：除个别频带外,顶板和底板不同测点位置的加速度频响函数没有显著差异;SEA方法可较精确地预测钢箱梁的高频振动噪声,且相比有限元方法具有更高的计算效率;设置加劲肋后,板件的模态密度和输入功率均下降,子系统间的耦合程度降低,但板件的辐射效率增大;设置加劲肋后,顶板和底板的振动速度级在每个频带平均下降8.2 dB和6.7 dB,钢箱梁声功率级在每个频带平均减小3.1 dB（A）;相比加劲肋厚度而言,加劲肋间距对钢箱梁声振响应的影响更大,应优先作为声学优化的主要参数;横隔板可在一定程度上降低板件的振动响应,取消横隔板将导致钢箱梁声功率级在每个频带平均增大1.3 dB（A）。     

正交异性钢箱梁U型肋加劲板极限承载力试验

以杭州湾跨海大桥通航孔斜拉桥钢箱梁U型肋加劲板为研究对象,按照相似理论设计制作了9块缩尺比例为1:3的扁平钢箱梁闭口U型肋加劲板模型,通过极限承载力试验研究加劲板稳定极限承载力.研究结果表明:9块加劲板模型在轴向荷载作用下发生的失稳破坏形态主要有3种,即母板破坏、母板与加劲肋共同破坏以及加劲肋破坏;各种破坏形态下模型的位移与应变具有相似的变化规律;模型的极限承载力随母板和加劲肋厚度的增加而增大,随着加劲肋高度和间距的增大而减小.     

扁平钢箱梁闭口U形加劲板屈曲特性理论分析

在总结中外学者研究成果和国内外设计规范的基础上,提出了一种计算闭口加劲板稳定承载力的分析理论,该理论计入了材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷、焊接残余应力等4种不利影响,讨论了加劲板结构的初始几何缺陷以及残余应力分布模式;结合空间有限元重点分析了U形闭口加劲板的屈曲特性。结果表明,U形闭口加劲板的稳定承载力均较高,材料非线性效应和残余应力对稳定承载能力影响较大,而几何非线性效应和初始缺陷大小对稳定承载能力影响不大。对于目前广泛应用的闭口加劲板结构,横隔板间距在3~4 m之间时,其破坏平均应力与屈服强度之比均能达到0.78以上,较高。所得结论可供钢箱梁设计参考。     

等效加劲板单元在U形加劲板稳定性计算中的应用研究

为解决大跨度扁平钢箱梁主梁U形加劲板数值仿真时计算模型过于庞大的问题,提出一种等效加劲板单元有限元计算理论和U形加劲板的简化方法。通过将U形加劲板中U形小箱肋简化为等效加劲条的处理方式,重新分配盖板的横向刚度,计算等效加劲肋对板件受力的影响,采用基于Ansys平台二次开发的Fortran语言进行稳定性分析,与全真壳单元有限元模型进行对比。结果表明：与全真壳单元模型相比,该文提出的等效加劲板单元模型挠度计算结果相对误差仅为5.9%,低阶模态下屈曲系数相对误差仅为2%左右;在该文计算平台的处理下,采用等效加劲板单元模型获得的前5阶模态的时间仅为全真壳单元的1/3左右。     

加劲板的计算方法研究

提出了一种板梁分开方法计算加劲板的理论模型，并用有限元法对该理论模型进行了几何非线性分析与实验结果及一些解析解相比较，得出了满意的结果。     

钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法研究

板式加劲肋是钢结构桥梁中钢箱、钢塔以及钢拱等结构的基本组成板件,板式加劲肋的局部失稳是其主要的失稳破坏模式。为研究板式加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与宽度2组板肋局部稳定试件进行轴压试验,并建立相应的有限元分析模型,计入本构关系、残余应力与局部初始几何缺陷对局部稳定性能的影响,得到板式加劲肋与三边简支板的局部稳定简化计算公式。试验与分析结果表明:①当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则仅出现板肋的局部失稳破坏;②随着板肋宽厚比的增大,试件发生破坏时的失稳变形现象越来越明显,对于变板肋厚度试件,试件极限平均应力随着板肋宽厚比的增大,呈先增大后减小的趋势,对于变板肋宽度试件,极限平均应力随着板肋宽厚比的增大逐步递减;③当相对宽厚比大于0.91时,采用板肋加劲板构件中的板肋所拟合的三次多项式曲线高于其他规范曲线,当相对宽厚比小于0.95时,三边简支一边自由的简化模型所拟合的公式曲线与GB 50017-2017规范曲线、Eurocode 3曲线以及美国AISI规范曲线较为接近,在整个相对宽厚比范围内均高于中国钢桥规范与日本规范曲线;④采用构件中板式加劲肋拟合的公式可以更好地计算实际试件承载力,采用三边简支一边自由的简化模型拟合的公式则更安全,推荐采用三边简支板拟合公式进行计算。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究

为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料。     

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁承载能力试验

为了给带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁这一新型桥梁结构形式的设计和施工提供参考,对其进行了承载能力的模型试验研究,分析了该结构的变形特征、破坏模式、承载能力和极限状态.根据弯矩-剪力相关方程推导了组合蜂窝梁的承载能力计算公式,并将分析结果与试验结果进行了对比;最后建立组合蜂窝梁的有限元计算模型,对主要参数进行了数值分析.结果表明:承载能力计算值与试验值吻合良好;开孔截面加劲前,组合蜂窝梁由于孔洞边缘局部屈曲而丧失承载能力;开孔截面加劲后,其破坏形态为弯曲破坏.     

对受压加劲板极限承载力计算方法的评述

评述了国内外部分规范关于受压加劲板的加劲肋设置要求及其极限承载力计算方法,并结合实例进行了简要的比较说明,研究结果可供钢桥的结构设计参考。     

闭口加劲肋钢箱梁横隔板过焊孔处裂纹处治

随着正交异性钢桥面板梁结构的普及应用,该结构形式相关的病害案例不断出现,常有铺装损坏、板件裂纹、构件断裂等。结合某跨江桥梁横隔板裂纹处治案例,分析了正交异性钢桥面板在车辆超载情况下出现疲劳的合理性;闭口加劲肋过焊孔疲劳细节对横隔板疲劳性能影响较大,例桥中加劲肋过焊孔形式与当前经常采用细节优劣。横隔板厚度及横隔板连续性对横隔板疲劳性能的影响。得出闭口加劲肋顶缘过焊孔堆焊封起有利于构件疲劳性能,闭口加劲肋弧形缺口形状及尺寸大小会影响构件疲劳性能等。     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

UHPC双向板抗冲切性能试验

为明确超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）双向板在局部荷载作用下的抗冲切性能,以UHPC强度、板厚、配筋率、局部加载面积和加载位置为试验参数,对9块四边简支UHPC双向板进行抗冲切破坏试验,分析UHPC双向板的冲切破坏机理和各试验参数对板抗冲切性能的影响规律。结果表明：试件均发生钢筋屈服后的冲切破坏,板底出现环形裂缝且板内形成冲切锥体;冲跨比小于7时,冲切破坏面倾角和名义抗冲切强度均随冲跨比增加而减小,而冲跨比大于7时,则其基本不变;UHPC强度等级从120 MPa提高到150 MPa时,板的抗冲切承载能力提高5.5%;当板厚由60 mm增加至80 mm和100 mm时,板的抗冲切承载能力分别提高69.7%和1.883倍;相较于1.31%配筋率的试件,2.57%配筋率的试件的抗冲切承载能力提高14.9%;与方形加载板边长为70 mm的试件相比,边长为90 mm试件的抗冲切承载能力提高9.8%;与中部加载试件相比,边部和角部加载试件的抗冲切承载能力分别提高15.3%和13.1%。为避免UHPC双向板发生钢筋网格内的冲切失效,板底受拉钢筋间距不应大于加载板边长与1.15倍有效板厚的和。基于试验结果和相关文献,评估了现有抗冲切承载力计算公式的适用性,并引入冲跨比考虑局部荷载偏置的影响,提出了适用范围更宽的UHPC板抗冲切承载能力计算公式。     

轨道交通桥梁减振降噪研究进展

随着高速铁路和城市轨道交通的迅猛发展,人们环保意识的增强以及高架线路的广泛应用,轨道交通桥梁振动与噪声已成为亟待解决的问题。首先,介绍了混凝土桥、钢桥、钢混组合桥的典型振动与噪声试验和桥梁结构噪声常用的理论研究方法。其次,从桥梁结构优化的角度,讨论了混凝土桥、钢桥常用的减振降噪措施,并探讨了TMD的减振降噪效果。然后,综述了桥上轨道结构常用的减振降噪措施。最后,总结了3种声屏障降噪效果的研究进展。结果表明：①不同结构桥梁振动与噪声有所差异,总体来说钢结构桥梁振动与噪声问题更为突出;②混凝土梁截面的优化措施具有一定的减振降噪效果,如增设中腹板或横隔板,优化腹板倾角等措施,U梁对轮轨噪声具有遮蔽效应,梁下区域遮蔽损失最大可达10 dB（A）,但与传统箱梁相比,U梁结构噪声更大;③约束阻尼结构能够有效控制钢桥振动与噪声,TMD能够有效抑制桥梁结构低频振动,但降噪效果甚微;④在钢轨、扣件、轨枕道床等方面采取相应的减振措施,从而达到轨道交通桥梁减振降噪的目的是最为经济可行的方法;⑤声屏障可有效控制交通噪声,直立声屏障降噪效果为5~10 dB（A）,半封闭声屏障降噪效果约15 dB（A）,全封闭声屏障降噪效果超过20 dB（A）。     

斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术研究

采用数值仿真和现场试验对磁流变阻尼器的减振性能进行了研究。数值仿真计算评估了磁流变阻尼器安装高度、外部激励、阻尼器输入电压等参数对拉索系统模态阻尼比的影响 ,结果表明磁流变阻尼器具有良好的阻尼可调特性 ,调节阻尼器的输入电压可以获得拉索系统的最佳模态阻尼比 ;现场试验表明 ,安装该阻尼器后 ,拉索系统的模态阻尼比提高 3～ 6倍 ,并存在一优化电压 ,在该电压下模态阻尼比达到最大 ;实际风雨振时的现场观测结果显示 ,磁流变阻尼器具有很好的减振效果 ;拉索磁流变阻尼器减振技术已在岳阳洞庭湖大桥全桥实施 ,解决了该桥的风雨振问题     

安装亮化灯具导致的斜拉桥拉索风致驰振流固耦合分析

为了提出一种流固耦合分析方法用以模拟和分析风致振动现象,通过将拉索-亮化灯具系统的流场简化为相对来流有一定攻角的三圆柱串列模型,将系统振动模型简化为质量-弹簧-阻尼系统,采用SST湍流模型,结合特别设计的网格划分技术,应用ANSYS CFX软件及User Fortran工具自行开发结构动力分析程序,对特征长度相差较大的三圆柱系统之间气动干扰现象进行精确模拟。结果表明：提出的流固耦合分析结果成功再现了风洞试验现象;在风速大于18m.s-1时,下游钢丝绳受到的流体作用变得明显,体现出其改变拉索-灯具系统截面形式的作用,从而在机理上较好地解释驰振力的形成过程,验证了该方法的正确性,并可供类似研究参考。     

劲性骨架在混凝土拱桥中的应用和模拟方式研究

劲性骨架施工方法近年来在大跨径混凝土拱桥中常用,结合福建省某新建跨江大桥对劲性骨架的布置和施工进行了简要介绍,针对劲性骨架在施工阶段计算中常用的三种模拟方式进行了讨论,计算比较结果表明,梁-板组合模型的精度足够,结果可信。     

基于车桥耦合振动的RC系杆拱桥加固效果评价

为了对采用吊拉主动加固方法的钢筋混凝土系杆拱桥进行基于车桥耦合振动分析的加固效果评价,首先,利用ANSYS软件建立空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元梁格模型,并选取三轴9自由度的车辆模型及路面不平度等级B分别模拟实际车辆及桥面状态,将梁格模型调入BDANS软件,通过数值模拟车、桥动力响应,计算得到桥梁动位移、加速度响应,研究加固前后桥梁控制截面所受到的动力冲击作用;然后,分析桥梁加固前后不同位置加速度响应的频谱特征;最后,对依托工程动力特征、动态响应及车桥耦合作用的实测值与理论值进行比较分析。结果表明：通过该方法加固后结构的竖向自振频率较加固前均有提升,但提升幅度较小;加固前后结构不同位置的动力响应随车速增加呈逐渐增大的趋势,且车速在60～80 km·h^-1时,加固后结构跨中截面的动力响应降幅最大;加固后结构控制截面的加速度均方根值小于加固前,根据其变化幅值建议车辆通过加固后桥梁结构的速度为60 km·h^-1,以保证行人过桥时的体感舒适度、通行效率及行车安全;通过理论值与实测值的对比分析,验证了基于车桥耦合振动分析方法对桥梁结构加固后行车性能评价的有效性。     

成层土中粘弹性桩纵向振动分析及工程应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解;然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解;最后采用数值模拟分析了桩侧土阻尼因子和桩身阻尼因子对桩顶速度响应的影响主要表现在对峰值点的衰减上,而桩侧土刚度因子主要对桩顶速度响应曲线的整体形状产生影响。